FísicaFácil1 pts

Campo y potencial eléctrico

Castilla y León · 2022 · Julio
Enunciado
Dos cargas puntuales de 4 μC4\ \mu\text{C} se encuentran situadas en los puntos A (2,0) m(2, 0)\ \text{m} y B (−2,0) m(-2, 0)\ \text{m}. Calcule el trabajo necesario para trasladar una carga de 2 μC2\ \mu\text{C} desde el punto C (−1,0) m(-1, 0)\ \text{m} hasta el D (0,−3) m(0, -3)\ \text{m}. Razone si dicho trabajo se ha realizado a favor o en contra del campo.

Datos (de la tabla de constantes del examen): K0=9,00⋅109 N m2 C−2K_0 = 9{,}00\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^2\,\text{C}^{-2}.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  WC→Dcampo=5,61⋅10−2 JWext=−5,61⋅10−2 J  \boxed{\;W_{C\to D}^{\text{campo}} = 5{,}61\cdot 10^{-2}\ \text{J}\qquad W_{\text{ext}} = -5{,}61\cdot 10^{-2}\ \text{J}\;}El trabajo lo realiza el campo: el traslado es a favor del campo.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

El campo eléctrico es conservativo: el trabajo solo depende del potencial en C y en D. Calculamos el potencial en cada punto sumando el de las dos cargas (los potenciales son escalares) y aplicamos Wcampo=q (VC−VD)W_{\text{campo}} = q\,(V_C - V_D). El trabajo de la fuerza exterior necesario para trasladarla sin variar su energía cinética es el opuesto.
2

Desarrollo

Distancias de C (−1,0)(-1, 0) a las cargas: a A, 3 m3\ \text{m}; a B, 1 m1\ \text{m}. Potencial en C:VC=K0Q(1rAC+1rBC)=9⋅109⋅4⋅10−6(13+11)=4,80⋅104 VV_C = K_0 Q\left(\frac{1}{r_{AC}} + \frac{1}{r_{BC}}\right) = 9\cdot 10^{9}\cdot 4\cdot 10^{-6}\left(\frac{1}{3} + \frac{1}{1}\right) = 4{,}80\cdot 10^{4}\ \text{V}D (0,−3)(0, -3) está a la misma distancia de las dos cargas:rAD=rBD=22+32=13=3,61 mr_{AD} = r_{BD} = \sqrt{2^2 + 3^2} = \sqrt{13} = 3{,}61\ \text{m}VD=2 K0Q13=2⋅9⋅109⋅4⋅10−613=2,00⋅104 VV_D = 2\,\frac{K_0 Q}{\sqrt{13}} = \frac{2\cdot 9\cdot 10^{9}\cdot 4\cdot 10^{-6}}{\sqrt{13}} = 2{,}00\cdot 10^{4}\ \text{V}Trabajo que realiza el campo sobre la carga q=2 μCq = 2\ \mu\text{C}:WC→Dcampo=q (VC−VD)=2⋅10−6(4,80⋅104−1,997⋅104)=5,61⋅10−2 JW_{C\to D}^{\text{campo}} = q\,(V_C - V_D) = 2\cdot 10^{-6}\left(4{,}80\cdot 10^{4} - 1{,}997\cdot 10^{4}\right) = 5{,}61\cdot 10^{-2}\ \text{J}El trabajo exterior necesario para llevarla (sin cambiar su energía cinética) es el opuesto:Wext=q (VD−VC)=−5,61⋅10−2 JW_{\text{ext}} = q\,(V_D - V_C) = -5{,}61\cdot 10^{-2}\ \text{J}El trabajo del campo es positivo: la carga positiva pasa de un punto de mayor potencial a otro de menor potencial, y su energía potencial disminuye. El traslado se hace a favor del campo: las dos cargas positivas repelen a qq y el propio campo la aleja de ellas, sin que haga falta aportar energía (la fuerza exterior tendría que frenarla).
3

Consejo

Escribe siempre quién hace el trabajo: el del campo es q (Vinicial−Vfinal)q\,(V_{\text{inicial}} - V_{\text{final}}) y el de la fuerza exterior, el mismo con el signo cambiado. Un signo positivo del trabajo del campo significa que el movimiento es espontáneo, a favor del campo.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Campo electromagnético →